stowa@stowa.nl WWW.stowa.nl TEL 030 232 11 99 FAX 030 232 17 66 Arthur van Schendelstraat 816 POSTBUS 8090 3503 RB UTRECHT
Publicaties van de STOWA kunt u bestellen bij:
Hageman Fulfilment POSTBUS1110, 3330 CC Zwijndrecht, TEL078 623 05 00 FAX 078 623 05 48 EMAIL info@hageman.nl
onder vermelding van ISBN of STOWA rapportnummer en een afleveradres.
DEELSTUDIE OC EN HYDRAULICA
2006
06
ISBN 90.5773.353.6
RAPPORT
120
DEELSTUDIE
OC EN HYDRAULICA
INHOUD
SAMENVATTING 123
1 INLEIDING 126
2 OPZET VAN HET ONDERZOEK 127
2.1 Inleiding 127
2.2 Ontwerpgegevens 128
2.3 Meetprogramma algemeen 130
2.4 Organisatie en uitvoering 131
3 STROOMSNELHEIDSMETING BELUCHTINGSTANK 132
3.1 Inleiding 132
3.2 Methode stroomsnelheidsmetingen 132
3.3 Meetprogramma vloeistofstroomsnelheid beluchtingstank 133
3.4 Resultaten 134
122
4 α-FACTORMETINGEN BELUCHTINGSTANK 138
4.1 Inleiding 138
4.2 Resultaten α-factormetingen 138
5 OC SCHOON WATER BELUCHTINGSTANK 142
5.1 Inleiding 142
5.2 Methode bepaling OC in schoon water 142
5.3 Meetprogramma OC schoon water 143
5.4 Resultaten OC-meting in schoon water 143
6 OC SLIB BELUCHTINGSTANK 146
6.1 Inleiding 146
6.2 Methode OC-bepaling in slib 146
6.3 Meetprogramma OC slib 149
6.4 Resultaten OC-metingen in slib beluchtingstank 149
7 OC SLIB MEMBRAANTANK 151
7.1 Inleiding 151
7.2 Methode OC actief slib membraantank 151
7.3 Meetprogramma OC actiefslib membraantank 151
7.4 Resultaten OC-metingen slib membraantank 152
8 HYDRAULICA MEMBRAANTANK 156
8.1 Inleiding 156
8.2 Methode meting hydraulica 156
8.3 Meetprogramma hydraulica membraantank 159
8.4 Resultaten metingen hydraulica membraantank 159
9 EVALUATIE EN CONCLUSIES 161
9.1 Vloeistofstroomsnelheid beluchtingstank 161
9.2 α-factor in slib 161
9.3 OC schoon water beluchtingstank 162
9.4 OC actiefslib beluchtingstank 163
9.5 OC membraantank 164
9.6 Hydraulica membraantank 165
9.7 Aanbevelingen 165
10 REFERENTIES 167
BIJLAGEN
1 Resultaten snelheidsmetingen 169
2 Resultaten OC-metingen in schoon water 174
3 Resultaten OC-metingen in slib 180
4 Materialen en uitvoering OC metingen in schoon water 185
5 Materialen en uitvoering OC metingen in slib 188
6 Meetresultaten α-factor en slibeigenschappen 190
7 Meetresultaten OC membraantank 192
123
4
OC EN HYDRAULICA
SAMENVATTING
De RWZI Varsseveld is de eerste MBR-installatie in Nederland waar metingen naar de beluch- tingscapaciteit (OC) van het beluchtingssysteem en het hydraulisch gedrag op volle schaal zijn uitgevoerd. De OC is een belangrijke ontwerpparameter voor toekomstig te bouwen MBR- installaties. De OC is afhankelijk van een aantal factoren, in het bijzonder het type beluch- ting, het hydraulisch patroon en de α-factor.
Doel van deze deelstudie is de OC van de beluchters in zowel de beluchtingstank als de membraantank voor verschillende bedrijfsspecifieke situaties te bepalen, in samenhang met parameters zoals de vloeistofstroomsnelheid, het menggedrag en de α-factor. De resultaten van OC en vloeistofstroomsnelheid in de beluchtingstank, zijn getoetst aan bestekspecifica- ties.
De periode waarin de verschillende metingen zijn uitgevoerd liep van november 2004 tot en met december 2005. Voor het bepalen van de OC van het beluchtingssysteem in de beluchtingstank zijn testen uitgevoerd met schoon grondwater en met slib. De metingen zijn gedaan onder verschillende bedrijfsomstandigheden (voortstuwing, beluchting). Voor de bepalingen is gebruik gemaakt van de reaeratiemethode (beluchtingstank) en de steady state methode (membraantank).
BELUCHTINGSTANK
OC
De OC metingen in schoon water hebben aangetoond dat de bestekspecificaties niet worden gehaald. Experimenteel is een OC-waarde van 191 kg O2/h bepaald, terwijl de garantiewaarde 273 kg O2/h bedraagt, een verschil van 28%. De oorzaak van de lage OC is waarschijnlijk een combinatie van twee factoren; een lage stroomsnelheid en optimistische ontwerpgrondsla- gen. Voor het realiseren van de garantiewaarde is volgens de leverancier van het beluchtings- systeem een minimale snelheid nodig van 30 cm/s. Deze eis wordt met voortstuwers met een geïnstalleerd vermogen tot 4 kW (3,5 W/m3) niet gehaald.
In vergelijking met de praktijk MBR installatie Rödingen (D) is de OC in Varsseveld relatief hoog. Op de MBR Rödingen (3.000 i.e.) bedroeg de specifieke zuurstofinbreng voor plaat- beluchters 60 g O2/m3.h terwijl deze in Varsseveld was vastgesteld op 102 g O2/m3.h (20°C, 0,9 Nm3/m3.h).
Na de OC metingen in schoon water is, verspreid over de onderzoeksperiode, vijfmaal de OC in slib bepaald. De OC bepaling in slib is minder betrouwbaar dan in schoon water. Dit heeft vooral te maken met een sterk wisselende α-factor en de nauwkeurigheid waamee de α-factor kan worden bepaald. Op dagen dat de OC in slib is bepaald, is tevens een α-factor meting uitgevoerd.
De eerste OC meting in slib, één maand na de opstart, kwam overeen met de OC in schoon water. Echter zes maanden na de opstart was de OC ten opzichte van de eerste meting in slib met circa 35% gedaald. Het vervangen van de voortstuwers met een groter motorvermogen (6,5 kW) gaf een hogere OC waarde, maar de OC waarde van de eerst uitgevoerde meting in slib werd niet gehaald. Variaties in de OC waarden konden niet worden verklaard door de gehanteerde OC methodiek. De beluchtingplaten bleken niet vervuild te zijn. De grote
124
verschillen tussen ontwerpwaarde en gemeten OC’s, maar ook de significante afname van de OC in de tijd, hebben aanleiding gegeven om de zuurstofvraag af te leiden uit een stoffen- balans (CZV en N) over de MBR. Uit deze berekeningen bleek de theoretisch benodigde hoe- veelheid lucht (uitgaande van het slechte rendement zoals gemeten) overeen te komen met de werkelijke beluchtingscapaciteit. Een niet representatief vastgestelde α-factor lijkt de meest waarschijnlijke verklaring voor de gevonden verschillen.
De meetresultaten van Varsseveld zijn vergeleken met praktijk MBR installaties in Rödingen en Markranstädt (Duitsland) De waarnemingen in Varsseveld komen overeenkomen met de twee Duitse MBR praktijkinstallaties.
Hydraulica
Uit vloeistofstroomsnelheidsmetingen blijkt dat de hoogte van de stroomsnelheid in het beluchtingscircuit afhankelijk is van het ingestelde vermogen van de beluchters en het aan- tal in bedrijf zijnde beluchtingsvelden. De intensiteit van de beluchting beïnvloedt de hoogte van de stroomsnelheid. Hoe groter de hoeveelheid lucht per zone belucht oppervlak, hoe lager de vloeistofstroomsnelheid. Bij twee beluchtingsvelden in bedrijf en maximale plaat- belasting (2.080 Nm3/h ) wordt de stroomsnelheid gehalveerd (~16 cm/s) ten opzichte van de situatie waarin niet wordt belucht (~31 cm/s).
Met de voorstuwers met een geinstalleerd vermogen van 3 en 4 kW werd niet aan de bestek- seis van 30 cm/s voldaan. De vereiste stroomsnelheid van 30 cm/s werd met deze voortstuwers alleen gehaald indien de beluchting is uitgeschakeld en twee voortstuwers in bedrijf zijn.
Ten behoeve van de OC metingen in slib zijn na de schoonwatertesten voorstuwers geplaatst met een groter motorvermogen. De voortstuwers met een geïnstalleerd vermogen van 6,5 kW voldeden wel aan de gestelde bestekseis (~29 cm/s bij twee beluchters in bedrijf).
Bij de uitvoering van de verschillende metingen is geconstateerd dat er grote verschillen zijn in de vloeistofsnelheid in een dwarsdoorsnede van de beluchtingstank. Dit is het gevolg van het ontwerp van de beluchtingstank. De rechthoekige tank heeft dode hoeken. Dit resulteert in een slechte geleiding van de vloeistof waardoor stroming in het buitenste been niet opti- maal is.
MEMBRAANTANK
OC
Het beluchtingsysteem in de membraantank is van het type grove bellenbeluchting.
De effectiviteit van zuurstofoverdracht is aanzienlijk lager dan de fijne bellenbeluchting zoals gebruikt in de beluchtingstank. De beluchting in de membraantank is vooral bedoeld om het membraanfiltratieproces te optimaliseren.
Bij een representatief slibrecirculatiedebiet over één membraantank (600 m3/uur) bedraagt de gemeten OC circa 13 kg O2/uur. Bij twee membraantanks continue belucht bedraagt de OC 26 kg O2/uur wat circa 12% is van de totale OC, dus van zowel de beluchtingstank als de membraantank (191 + 26 kg O2/uur).
Bij de bepaling van de OC in membraantank volgens de steady state methode zijn twee aspec- ten van belang gebleken. Het zuurstofverbruik als gevolg van de aanvoer van stoffen vanuit de beluchtingstank (gevormd door ammonificatie en hydrolyse) dient in de berekening van de OC te worden meegenomen. Verder is het voor de nauwkeurigheid van de meting van belang dat er een duidelijk zuurstofplateau wordt verkregen waaruit de steady-state concen- tratie zuurstof kan worden afgeleid.
125
4
OC EN HYDRAULICA
Uit proeven met een verschillend slibrecirculatiedebiet is gebleken dat een hoger recirculatie- debiet een lagere OC waarde oplevert. Dit wordt verklaard door wijze waarop het slib in de membraantank wordt aan- en afgevoerd.
Hydraulica
Voor de bepaling van het menggedrag in een membraantank is slib uit de beluchtingstank als tracer gebruikt. De onderzoeksresultaten geven aan dat de membraantanks als een ide- aal geroerde tank kunnen worden beschouwd. Gebleken is dat het onttrekken van permeaat (100 m3/uur per membraantank) geen invloed heeft op het hydraulisch gedrag in de mem- braantank.
AANBEVELINGEN
Op basis van de onderzoeksresultaten worden de volgende aanbevelingen gedaan:
• Bepaal α-factor in-situ in relatie tot procescondities
De α-factor blijkt een belangrijke factor te zijn die de actuele zuurstofoverdracht in slib bepaald. Het verdient aanbeveling de α-factor in-situ te meten met een continue testop- stelling. Op deze wijze kunnen relaties worden gelegd met diverse parameters zoals slib- belasting, beluchtingsintensiteit, mengintensiteit, zuurstofconcentratie, maar vooral ook de actuele OC. Een beter inzicht kan leiden tot optimalisatie van de procesvoering en lagere kosten.
• Verhoog stroomsnelheid slib beluchtingstank
Ten aanzien van de OC wordt aanbevolen eerst de oorzaak van de daling vast te stellen.
Indien nodig kan worden overwogen voortstuwers met een groter geïnstalleerd vermogen (4 of 6,5 kW) in de beluchtingstank te plaatsen. Deze aanbeveling zal ook afhangen van de actuele zuurstofvraag en de hoogte van de α-factor. In vergelijking tot het ontwerp van de MBR Varsseveld lijkt de gemiddelde zuurstofvraag lager te zijn en de α-factor hoger.
• Verbetering hydraulica en stroomsnelheid
Het menggedrag in een MBR omloopsysteem zou verbeterd kunnen worden door hoeken in de beluchtingstank af te schuinen voor een betere geleiding en eventuele dode ruimtes te voorkomen. Ook de vloeistofstroomsnelheid kan verbeterd worden door de afstand voldoende ruim te kiezen (min. 2x propellor diameter). In het ontwerp van toekomstige MBR installaties dient met beide aspecten rekening gehouden te worden.
• Bepaling OC waarde membraantank
Bij het bepalen van de OC waarde in de membraantank moet rekening worden gehouden met:
- Een zuurstofverbruik van het slib in de membraantank, dat afwijkend is van endo- gene ademhaling door aanvoer van stoffen vanuit de anaerobe dan wel anoxische uit de beluchtingstank (ammonium en hydrolyse producten).
- Een duidelijk zuurstofplateau waaruit de evenwicht- en/of eindconcentratie zuurstof kan worden afgeleid.
126
1
INLEIDING
De MBR Varsseveld is de eerste MBR op praktijkschaal in Nederland voor de zuivering van stedelijk afvalwater. De installatie is o.a. gebouwd met het doel diverse opschaaleffecten te onderzoeken. In deze deelstudie is onderzoek gedaan naar de beluchtingscapaciteit en de hydraulica van het systeem. Een overzicht van de overige deelstudies welke deel uit maken van het totale onderzoeksprogramma is weergegeven in afbeelding 1.
AFBEELDING 1 INDELING STOWA RAPPORTEN
Het MBR-concept biedt vele voordelen ten opzichte van de huidige conventionele technieken waarmee stedelijk afvalwater gezuiverd wordt. Nadelen zijn er ook. Het energieverbruik ligt aanzienlijk hoger door een minder efficiënte zuurstofoverdracht (hoog gehalte actiefslib) en door de extra luchtinbreng die nodig is voor een effectieve slib-water scheiding in de mem- braantank en vervuiling van de membranen te minimaliseren.
De MBR Varsseveld is de eerste installatie in Nederland waar metingen naar de zuurstofin- breng- of beluchtingscapaciteit (OC) op volle schaal zijn uitgevoerd. De OC is een belang- rijke ontwerpparameter voor toekomstig te bouwen MBR-installaties. In deze deelstudie is de OC van de MBR Varsseveld bepaald voor zowel de beluchters in de beluchtingstank als de membraantank. De OC is gemeten in een aantal specifieke bedrijfssituaties. Naast de OC zijn stroomsnelheidmetingen in de beluchtingstank verricht en zijn ter ondersteuning periodiek α-factor bepalingen uitgevoerd. Tevens is het menggedrag in de membraantank onderzocht.
Om de onderzoeksresultaten overzichtelijk te presenteren is ervoor gekozen elk onderzoeks- item onder te brengen in een apart hoofdstuk. In hoofdstuk 2 wordt de opzet van het onder- zoek aangegeven met doelstelling, onderzoeksitems en aanpak uitvoering. In hoofdstuk 3 t/m 7 wordt voor ieder item de onderzoeksmethode, het meetprogramma en de onderzoeksresul- taten besproken. In hoofdstuk 8 volgt een evaluatie van de resultaten samen met conclusies en aanbevelingen.
- -
8
1 INLEIDING
De MBR Varsseveld is de eerste MBR op praktijkschaal in Nederland voor de zuivering van stedelijk afvalwater. De installatie is o.a. gebouwd met het doel diverse opschaaleffecten te onderzoeken. In deze deelstudie is onderzoek gedaan naar de beluchtingscapaciteit en de hydraulica van het systeem. Een overzicht van de overige deelstudies welke deel uit maken van het totale onderzoeksprogramma is weergegeven in afbeelding 1.
Afbeelding 1 Indeling STOWA rapporten
Het MBR-concept biedt vele voordelen ten opzichte van de huidige conventionele technieken waarmee stedelijk afvalwater gezuiverd wordt. Nadelen zijn er ook. Het energieverbruik ligt aanzienlijk hoger door een minder efficiënte zuurstofoverdracht (hoog gehalte actiefslib) en door de extra luchtinbreng die nodig is voor een effectieve slib-water scheiding in de membraantank en vervuiling van de membranen te minimaliseren.
De MBR Varsseveld is de eerste installatie in Nederland waar metingen naar de zuurstofinbreng- of beluchtingscapaciteit (OC) op volle schaal zijn uitgevoerd. De OC is een belangrijke ontwerpparameter voor toekomstig te bouwen MBR-installaties. In deze deelstudie is de OC van de MBR Varsseveld bepaald voor zowel de beluchters in de beluchtingstank als de membraantank. De OC is gemeten in een aantal specifieke bedrijfssituaties. Naast de OC zijn stroomsnelheidmetingen in de beluchtingstank verricht en zijn ter ondersteuning periodiek �-factor bepalingen uitgevoerd. Tevens is het menggedrag in de membraantank onderzocht.
Om de onderzoeksresultaten overzichtelijk te presenteren is ervoor gekozen elk onderzoeksitem onder te brengen in een apart hoofdstuk. In hoofdstuk 2 wordt de opzet van het onderzoek aangegeven met doelstelling, onderzoeksitems en aanpak uitvoering. In hoofdstuk 3 t/m 7 wordt voor ieder item de onderzoeksmethode, het meetprogramma en de onderzoeksresultaten besproken. In hoofdstuk 8 volgt een evaluatie van de resultaten samen met conclusies en aanbevelingen.
Rapport 1 - Hoofdrapport
Rapport 2 - Deelstudierapport
Deelstudie Voorbehandeling
Deelstudie OC en Hydraulica
Deelstudie Slibkwaliteit versus filtreerbaarheid Deelstudie SIMBA-modellering
Deelstudie Membranen Deelstudie Simulatie-Unit
Deelstudie Verwijdering bijzondere stoffen Deelstudie Bedrijfsvoering en effluentkwaliteit Presentatie en evaluatie van alle onderzoeksactiviteiten
127
4
OC EN HYDRAULICA
2
OPZET VAN HET ONDERZOEK
2.1 INLEIDING
Doel van deze deelstudie is de OC van de beluchters in de beluchtingstank en de membraan- tank in verschillende bedrijfsspecifieke situaties te bepalen, in samenhang met parameters zoals de vloeistofstroomsnelheid en de α-factor. De bevindingen zijn getoetst aan bestek- specificaties.
BELUCHTINGSTANK
De OC is afhankelijk van een aantal factoren, in het bijzonder het hydraulisch patroon in de beluchtingstank. Om de OC onder verschillende omstandigheden goed te bepalen is de vloeistofstroomsnelheid gedurende verschillende bedrijfssituaties gemeten. Naast de stoom- snelheid is ook de α-factor van invloed op de OC. Door OC-metingen in zowel schoon water als actiefslib uit te voeren is een goede indruk gekregen van de hoogte van deze parameter.
Daarnaast zijn periodiek op labschaal α-factor bepalingen uitgevoerd.
MEMBRAANTANK
In de membraantank vindt onttrekking van permeaat plaats. Voor een goede werking van de slib-water scheiding worden ondergedompelde membraanmodules belucht. Primair doel van deze bellenbeluchting is voorkomen dat er concentratie van actiefslib (koekvorming) op het membraanoppervlak plaatsvindt, waardoor de permeabilteit van de membranen vermin- dert. Voor deze toepassingen worden grove bellenbeluchters gebruikt met een lage efficiency.
De bijdrage van de beluchters in de membraantank aan de totale OC is naar verhouding laag. Desalnietemin is het een cruciale procesparameter die aanzienlijk bijdraagt aan het energieverbruik van een MBR-installatie. De bijdrage van de beluchters aan de totale zuur- stoftoevoervermogen van een MBR-installatie is experimenteel bepaald in verschillende bedrijfssituaties. Onderstaand schema illustreert de experimentele bepalingen uitgevoerd op de beluchtingstank en de membraantank.
AFBEELDING 2 OVERZICHT EXPERIMENTELE BEPALINGEN DEELSTUDIE OC EN HYDRAULICA
- -
9
2 OPZET VAN HET ONDERZOEK
2.1
Inleiding
Doel van deze deelstudie is de OC van de beluchters in de beluchtingstank en de membraantank in verschillende bedrijfsspecifieke situaties te bepalen, in samenhang met parameters zoals de vloeistofstroomsnelheid en de �-factor. De bevindingen zijn getoetst aan bestekspecificaties.
Beluchtingstank
De OC is afhankelijk van een aantal factoren, in het bijzonder het hydraulisch patroon in de beluchtingstank.
Om de OC onder verschillende omstandigheden goed te bepalen is de vloeistofstroomsnelheid gedurende verschillende bedrijfssituaties gemeten. Naast de stoomsnelheid is ook de �-factor van invloed op de OC.
Door OC-metingen in zowel schoon water als actiefslib uit te voeren is een goede indruk gekregen van de hoogte van deze parameter. Daarnaast zijn periodiek op labschaal �-factor bepalingen uitgevoerd.
Membraantank
In de membraantank vindt onttrekking van permeaat plaats. Voor een goede werking van de slib-water scheiding worden ondergedompelde membraanmodules belucht. Primair doel van deze bellenbeluchting is voorkomen dat er concentratie van actiefslib (koekvorming) op het membraanoppervlak plaatsvindt, waardoor de permeabilteit van de membranen vermindert. Voor deze toepassingen worden grove bellenbeluchters gebruikt met een lage efficiency. De bijdrage van de beluchters in de membraantank aan de totale OC is naar verhouding laag. Desalnietemin is het een cruciale procesparameter die aanzienlijk bijdraagt aan het energieverbruik van een MBR-installatie. De bijdrage van de beluchters aan de totale zuurstoftoevoervermogen van een MBR-installatie is experimenteel bepaald in verschillende bedrijfssituaties.
Onderstaand schema illustreert de experimentele bepalingen uitgevoerd op de beluchtingstank en de membraantank.
Afbeelding 2 Overzicht experimentele bepalingen deelstudie OC en hydraulica
• stroomsnelheid
• �-factor slib
• OC reinwater
• OC actiefslib
Beluchtingstank Membraantank
• verblijftijdspreiding
• OC actiefslib
128 2.2 ONTWERPGEGEVENS
De metingen zijn uitgevoerd in het beluchtingscircuit, waarvan de afmetingen en de capa- citeiten van de relevante procesonderdelen in dit hoofdstuk zijn weergegeven.
Actiefslibtank
Totale inhoud inclusief voordenitrificatie : 3.000 m3
Inhoud voordenitrificatieruimte : 670 m3
Inhoud beluchtingscircuit : 2.330 m3
Waterdiepte : 5 m
Kanaalbreedte : 5 m
Stijghoogte bellen : 4,8 m
Voortstuwers beluchtingscircuit
Aantal : 2
Geïnstalleerd vermogen : 3 / 4 / 6,5 kW
De voortstuwers hadden oorspronkelijk een geïnstalleerd vermogen van 3 kW elk. In januari 2005 is het geïnstalleerd vermogen van de motoren vergroot naar 4 kW. In december 2005 is tijdelijk een testopstelling met andere voorstuwers geplaatst met een motorvermogen van 6,5 kW. Afbeelding 3 illustreert een voortstuwer in het rechte been van de beluchtingstank.
AFBEELDING 3 VOORSTUWER EN ENKELE BELUCHTINGSELEMENTEN MBR VARSSEVELD
BELUCHTING BELUCHTINGSTANK
De lucht wordt ingeblazen door middel van drie compressoren (2 +1 reserve) via een geza- menlijke header. Vervolgens wordt de lucht verdeeld over twee velden met plaatbeluchters die elk in één van de rechte benen van het beluchtingscircuit zijn geplaatst (afbeelding 4).
129
4
OC EN HYDRAULICA
Aantal compressoren : 3 (2+1 reserve)
Type : lobben
Capaciteit elk : 400-1.200 Nm3/h
Opvoerhoogte : 60 kPa
Geïnstalleerd vermogen elk : 37 kW
Beluchtingscapaciteit (ontwerp) : 2.080 Nm3/uur
Beluchtingscapaciteit (maximaal) : 2.400 Nm3/uur
Aantal beluchtingsvelden : 2
Aantal beluchtingsplaten : 20 platen per veld
Specifiek oppervlak plaat : 2 m2
Totaal oppervlak : 80 m2
De volgende bestekspecificaties zijn door de leverancier van de beluchters afgegeven:
• de maximale OC van de plaatbeluchters in de beluchtingstank bedraagt 273 kgO2/h;
• de stroomsnelheid in het beluchtingscircuit dient minimaal 0,3 m/s te bedragen, ook als de beluchtingscapaciteit op ontwerpcapaciteit (2.080 Nm3/h) in bedrijf is.
AFBEELDING 4 BELUCHTINGSPLATEN IN RECHTE BEEN BELUCHTINGSTANK
BELUCHTING MEMBRAANTANK
Voor de membraanbeluchting zijn twee compressoren beschikbaar, elk met een capaciteit van 4.500 Nm3/uur. De lucht van elke compressor wordt verdeeld over twee membraantanks, waarmee 50% van de capaciteit (2.250 Nm3/uur) voor iedere membraantank beschikbaar is.
De beluchting van de membraanpakketten is intermitterend. De membraanpakketten wor- den van onderen belucht. Op afbeelding 5 zijn de beluchtingsbuizen (blauw) onder de mem- braanpakketen zichtbaar. Voor een gedetailleerde beschrijving van de procesvoering wordt verwezen naar de deelstudie Membranen.
130
Aantal compressoren : 3 (2+1 reserve)
Capaciteit elk : 4.500 Nm3/uur
Aantal membraantanks : 4
Afmeting membraantank (l x b x d) : 12 x 4 x 3,5 m
AFBEELDING 5 EÉN MEMBRAANPAKKET MET AAN ONDERZIJDE BELUCHTINGSBUIZEN (BLAUW)
2.3 MEETPROGRAMMA ALGEMEEN
De periode waarin de verschillende metingen zijn uitgevoerd liep van november 2004 tot en met december 2005. Voor het bepalen van het zuurstofinbrengend vermogen van het be- luchtingssysteem en het menggedrag zijn diverse metingen uitgevoerd. De metingen zijn uitgevoerd in zowel de beluchtingstank als de membraantank.
Alvorens de MBR-installatie te enten met slib, is in de beluchtingstank een reeks OC testen uitgevoerd met (schoon) grondwater. Deze metingen zijn uitgevoerd in november 2004 in het kader van de garantie metingen. Eind december 2004 is de installatie met slib opgestart en is verdeeld over het jaar 2005 periodiek de OC bepaald in slib. Ter ondersteuning van de OC metingen is de α-factor van het slib bepaald. De α-factormetingen zijn in het laboratorium uitgevoerd. Eveneens ter ondersteuning van de OC metingen zijn stroomsnelheidsmetingen verricht in de beluchtingstank. De metingen zijn gedaan met diverse voortstuwers met een verschillend geïnstalleerd motorvermogen. Het hydraulisch gedrag en de OC in de mem- braantank zijn in juni/juli 2005 bepaald.
131
4
OC EN HYDRAULICA
2.4 ORGANISATIE EN UITVOERING
De projectorganisatie en verslaglegging is uitgevoerd door TNO. De volgende instanties heb- ben de verschillende onderzoeksactiviteiten uitgevoerd.
OC reinwater beluchtingstank DHV
OC actiefslib beluchtingstank DHV
Stroomsnelheidsmetingen beluchtingstank DHV / TAUW / KSB α-factor actiefslib beluchtingstank BRCC
verblijftijdspreiding membraantank TNO
OC membraantank TNO
132
3
STROOMSNELHEIDSMETING BELUCHTINGSTANK
3.1 INLEIDING
De stroomsnelheid van het slib in de beluchtingstank is een van de parameters die van invloed is op de hoogte van het zuurstofinbrengend vermogen van de beluchters. Voor het ontwerp van de MBR Varsseveld is door de leverancier van de plaatbeluchters een minimale stroom- snelheid van 0,3 m/s afgegeven. Voor stroomsnelheden lager dan 0,3 m/s neemt volgens de leverancier de effectiviteit waarmee zuurstof naar het actief slib wordt overgedragen af.
Ten behoeve van de OC bepalingen zijn door DHV en KSB de stroomsnelheden op verschillen- de locaties in de beluchtingstank vastgesteld. Daarnaast zijn in het kader van garantie-eisen stroomsnelheidsmetingen door TAUW uitgevoerd.
Dit hoofdstuk behandelt de gehanteerde methodiek met een beschrijving van de meetlocatie, gebruikte materialen en meetnauwkeurigheid. Daarnaast worden het meetprogramma en de onderzoeksresultaten gepresenteerd.
3.2 METHODE STROOMSNELHEIDSMETINGEN
3.2.1 MEETLOCATIE
Voor de uitvoering van de stroomsnelheidsmetingen zijn over de lengte richting van de beluchtingstank diverse meetlocaties gekozen, zowel in de bocht als in het rechte been.
Bij elke meetlocatie is een dwarsdoorsnede profiel gemaakt bestaande uit 24-30 meetpun- ten. De vloeistofstroomsnelheid is een gemiddelde waarde van het aantal meetpunten in een profiel. Afbeelding 6 is een schematische weergave van de MBR Varsseveld waarin de meet- punten zijn aangegeven.
133
STOWA 2006-06 ONDERZOEK MBR VARSSEVELD - DEELSTUDIE OC EN HYDRAULICA
4
OC EN HYDRAULICA
AFBEELDING 6 SCHEMATISCHE WEERGAVE LOCATIES STROOMSNELHEIDSMETINGEN
3.2.2 MEETMETHODE EN NAUWKEURIGHEID
De stroomsnelheidsmetingen zijn uitgevoerd met behulp van een Ott-molen (type C31) met een componenten schoep A
ø
100 mm. Een meetnauwkeurheid van +/- 2% kan worden gehan- teerd indien erop de meetlocatie geen onregelmatigheden zijn, de bodem schoon is en er een voldoende hoge stroomsnelheid is. De meetlocatie voldoet deels aan de gestelde condities.Door de compacte bouw van de beluchtingstank is het aantal geschikte meetlocaties beperkt, met name met betrekking tot de rechte aanstroomlengte. Bij gebrek aan geschikte locaties is noodgedwongen direct na een (haakse) bocht gemeten. Er is vastgesteld dat de bodem vrij is van zand- of slibduinen. De stroomsnelheden over de gemeten dwarsprofielen voldoen aan het gestelde criterium (stroomsnelheid > 0,025 m/s) waarvoor de Ott-molens geijkt zijn.
Gezien de aanstroomcondities wordt de meettolerantie ingeschat op +/- 3%.
3.3 MEETPROGRAMMA VLOEISTOFSTROOMSNELHEID BELUCHTINGSTANK
Het meetprogramma van de vloeistofsnelheidsmetingen in tabel 1 weergegeven. Om de samenhang te zien met OC-metingen zijn eveneens de data en specificaties van deze metin- gen in de tabel opgenomen.
- -
14
BELUCHTINGSTANK
3.1
Inleiding
De stroomsnelheid van het slib in de beluchtingstank is een van de parameters die van invloed is op de hoogte van het zuurstofinbrengend vermogen van de beluchters. Voor het ontwerp van de MBR Varsseveld is door de leverancier van de plaatbeluchters een minimale stroomsnelheid van 0,3 m/s afgegeven. Voor stroomsnelheden lager dan 0,3 m/s neemt volgens de leverancier de effectiviteit waarmee zuurstof naar het actief slib wordt overgedragen af.
Ten behoeve van de OC bepalingen zijn door DHV en KSB de stroomsnelheden op verschillende locaties in de beluchtingstank vastgesteld. Daarnaast zijn in het kader van garantie-eisen stroomsnelheidsmetingen door TAUW uitgevoerd.
Dit hoofdstuk behandelt de gehanteerde methodiek met een beschrijving van de meetlocatie, gebruikte materialen en meetnauwkeurigheid. Daarnaast worden het meetprogramma en de onderzoeksresultaten gepresenteerd.
3.2
Methode stroomsnelheidsmetingen
3.2.1
Meetlocatie
Voor de uitvoering van de stroomsnelheidsmetingen zijn over de lengte richting van de beluchtingstank diverse meetlocaties gekozen, zowel in de bocht als in het rechte been. Bij elke meetlocatie is een dwarsdoorsnede profiel gemaakt bestaande uit 24-30 meetpunten. De vloeistofstroomsnelheid is een gemiddelde waarde van het aantal meetpunten in een profiel. Afbeelding 6 is een schematische weergave van de MBR Varsseveld waarin de meetpunten zijn aangegeven.
Afbeelding 6 Schematische weergave locaties stroomsnelheidsmetingen
Brug1
Brug3
Brug 2 Brug 4
Beluchtingsveld 1
voortstuwer1
voortstuwer2
Beluchtingsveld 2 m1
m1 m2
134
TABEL 1 PROGRAMMA OC- EN VLOEISTOFSNELHEIDSMETINGEN BELUCHTINGSTANK
Datum Medium
Geïnstalleerd vermogen voortstuwers
Uitvoerder Capaciteit beluchting
Aantal velden
[kW] [Nm3/h] [-]
November 2004 Water 3,0 DHV 0 -
Water 3,0 DHV 1.030 1
Water 3,0 DHV 1.030 2
Water 3,0 DHV 2.090 2
Januari 2005 Slib 3,0 DHV 2.080# 2
Maart 2005 Slib 4,0 KSB 0 2
Slib 4,0 KSB 1.040# 2
Slib 4,0 KSB 2.080# 2
Juni 2005 Slib 4,0 DHV 2.080# 2
December 2005 Slib 4,0 DHV 2.080# 2
Slib 6,5 DHV 2.080# 2
Slib 6,5 Aannemer 1.040# 2
Slib 6,5 Aannemer 2.080# 2
# afgeleid vermogen van uitgevoerde referentiemetingen november 2004.
3.4 RESULTATEN
3.4.1 DWARSDOORSNEDE SNELHEIDSMETINGEN
Bij de uitvoering van de metingen was duidelijk een stroomsnelheidsverschil over de dwars- doorsnede waarneembaar. Het water langs de buitenkant van de binnenste ring stroomt snel- ler dan het water langs de binnenkant. Dit is onder andere te verklaren doordat dit water een langere weg aflegt. Een behoorlijke verstoring van de stroming werd waargenomen in de haakse hoeken in de buitenste ring van de beluchtingstank. Hier vindt niet of nauwelijks stromingsgeleiding plaats.
Typische stroomsnelheidsprofielen gemeten bij brug 2 en 3 zijn weergegeven in afbeelding 7 en 8.
AFBEELDING 7 DWARSDOORSNEDEPROFIEL VLOEISTOFSTROOMSNELHEID IN HET RECHTE BEEN 3.4
Resultaten
3.4.1
Dwarsdoorsnede snelheidsmetingen
Bij de uitvoering van de metingen was duidelijk een stroomsnelheidsverschil over de dwarsdoorsnede waarneembaar. Het water langs de buitenkant van de binnenste ring stroomt sneller dan het water langs de binnenkant. Dit is onder andere te verklaren doordat dit water een langere weg aflegt. Een behoorlijke verstoring van de stroming werd waargenomen in de haakse hoeken in de buitenste ring van de beluchtingstank. Hier vindt niet of nauwelijks stromingsgeleiding plaats.
Typische stroomsnelheidsprofielen gemeten bij brug 2 en 3 zijn weergegeven in afbeelding 7 en 8.
Afbeelding 7 Dwarsdoorsnedeprofiel vloeistofstroomsnelheid in het rechte been
0,5 1,5
2,2 3,2
3,9 4,7
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 12
16 12 11 21
32
9
16 12 21
8
32
7 34
16 16 13
39
9 37
26
11 11
53
6 52
23 20 16
65
100 3020 40 50 60 70
Snelheid (cm/s)
Breedte (m)
Diepte (m)
Buitenwand Binnenwand
De stroomsnelheid langs de wand van de tank is beduidend lager dan in het midden van de tank. Ook is de snelheid op grotere diepte hoger dan vlak bij het wateroppervlak. Het verschil in stroomsnelheid is soms meer dan een factor zes. Wandeffecten en de plaats van de voortstuwer verklaren de waargenomen verschillen.
In de bocht werd een ander stromingsprofiel gemeten. Hier zijn effecten als onvoldoende stroomgeleiding door haakse bochten en geringe aanstroomlengte, duidelijk waarneembaar. In de breedte van de tank zijn de verschillen in stroomsnelheid gering. Verschillen in de diepterichting zijn wel duidelijk zichtbaar.
Een volledig overzicht van de gemeten dwarsdoorsnedeprofielen is opgenomen in bijlage 1.
135
4
OC EN HYDRAULICA
De stroomsnelheid langs de wand van de tank is beduidend lager dan in het midden van de tank. Ook is de snelheid op grotere diepte hoger dan vlak bij het wateroppervlak. Het verschil in stroomsnelheid is soms meer dan een factor zes. Wandeffecten en de plaats van de voort- stuwer verklaren de waargenomen verschillen.
In de bocht werd een ander stromingsprofiel gemeten. Hier zijn effecten als onvoldoende stroomgeleiding door haakse bochten en geringe aanstroomlengte, duidelijk waarneembaar.
In de breedte van de tank zijn de verschillen in stroomsnelheid gering. Verschillen in de diep- terichting zijn wel duidelijk zichtbaar.
Een volledig overzicht van de gemeten dwarsdoorsnedeprofielen is opgenomen in bijlage 1.
AFBEELDING 8 DWARSDOORSNEDEPROFIEL VLOEISTOFSTROOMSNELHEID IN DE BOCHT
3.4.2 GEMIDDELDE STROOMSNELHEID
De resultaten van alle uitgevoerde stroomsnelheidsmetingen zijn samengevat in tabel 2.
Uit de metingen blijkt dat de stroomsnelheid in het beluchtingscircuit afhankelijk is van het ingestelde vermogen van de beluchters en het aantal beluchtingsvelden in bedrijf.
In afbeelding 9 is de stroomsnelheid als functie van het ingebrachte vermogen weergegeven.
De intensiteit van de beluchting, gedefinieerd als de hoeveelheid lucht per zone belucht op- pervlak, beïnvloedt de hoogte van de stroomsnelheid. Hoe hoger de beluchtingsintensiteit hoe lager de vloeistofstroomsnelheid. De luchtbellen fungeren als barrière waar de water- massa doorheen moet.
Het netto plaatoppervlak van de beluchtingselementen in Varsseveld is 80 m2. De maximale hoeveelheid lucht die volgens het ontwerp benodigd is bedraagt 2080 Nm3/uur. De beluch- tingsintensiteit bedraagt hierbij circa 26 Nm3/(m2.uur). De kritische grens, de grens waar- boven de stroming onevenredig gehinderd wordt, ligt tussen 12 en 15 Nm3/(m2.uur). Deze voor klassieke rwzi’s ongebruikelijk hoge intensiteit is nodig omdat de zuurstofoverdracht in MBR systemen minder effectief is. In vergelijking tot klassieke rwzi’s kan het volume van de beluchtingstank door een hoog drogestofgehalte kleiner worden gekozen. Een hoog dro- gestofgehalte gaat gepaard met een minder effectieve zuurstofoverdracht als gevolg van een hogere viscositeit en daarmee samenhangende lagere α-factor. Samen met een kleiner Afbeelding 8 Dwarsdoorsnedeprofiel vloeistofstroomsnelheid in de bocht
0,7 1,6
3,4 4,4
0,5 1,5 2,5 3,5
4,5 25
12 14
23
25
15 12
27
28
14 14
24
16 15 25 26
26
14 14 24
100 3020 5040 60 70
Snelheid (cm/s)
Breedte (m)
Diepte (m)
Buitenwand Binnenwand
3.4.2
Gemiddelde stroomsnelheid
De resultaten van alle uitgevoerde stroomsnelheidsmetingen zijn samengevat in tabel 2. Uit de metingen blijkt dat de stroomsnelheid in het beluchtingscircuit afhankelijk is van het ingestelde vermogen van de beluchters en het aantal beluchtingsvelden in bedrijf. In afbeelding 9 is de stroomsnelheid als functie van het ingebrachte vermogen weergegeven. De intensiteit van de beluchting, gedefinieerd als de hoeveelheid lucht per zone belucht oppervlak, beïnvloedt de hoogte van de stroomsnelheid. Hoe hoger de beluchtingsintensiteit hoe lager de vloeistofstroomsnelheid. De luchtbellen fungeren als barrière waar de watermassa doorheen moet.
Het netto plaatoppervlak van de beluchtingselementen in Varsseveld is 80 m2. De maximale hoeveelheid lucht die volgens het ontwerp benodigd is bedraagt 2080 Nm3/uur. De beluchtingsintensiteit bedraagt hierbij circa 26 Nm3/(m2.uur). De kritische grens, de grens waarboven de stroming onevenredig gehinderd wordt, ligt tussen 12 en 15 Nm3/(m2.uur). Deze voor klassieke rwzi’s ongebruikelijk hoge intensiteit is nodig omdat de zuurstofoverdracht in MBR systemen minder effectief is. In vergelijking tot klassieke rwzi’s kan het volume van de beluchtingstank door een hoog drogestofgehalte kleiner worden gekozen. Een hoog drogestofgehalte gaat gepaard met een minder effectieve zuurstofoverdracht als gevolg van een hogere viscositeit en daarmee samenhangende lagere �-factor. Samen met een kleiner volume van de beluchtingstank leidt dit voor MBR systemen tot een relatief hoge luchtinbreng per volume-eenheid. Bij de huidige rwzi's wordt over het algemeen een lagere plaatbelasting aangehouden van maximaal 15-20 Nm3/(m2.uur). Er geldt namelijk ook, hoe hoger de plaatbelasting, hoe slechter de overdracht per Nm3 lucht.
De invloed van de beluchting op de stroomsnelheid is groot (afbeelding 9 en 10). Bij twee beluchtingsvelden in bedrijf en maximale plaatbelasting wordt de snelheid gehalveerd ten opzichte van de situatie waarin niet belucht wordt. Met de oorspronkelijke voorstuwers (3 kW) werd niet aan de bestekseis van 30 cm/s voldaan.
De vereiste stroomsnelheid van 30 cm/s werd alleen gehaald indien de beluchting is uitgeschakeld en twee voortstuwers in bedrijf zijn. Indien de beluchting wordt ingeschakeld, leidt dit tot een extra weerstand in het
136
volume van de beluchtingstank leidt dit voor MBR systemen tot een relatief hoge luchtin- breng per volume-eenheid. Bij de huidige rwzi’s wordt over het algemeen een lagere plaat- belasting aangehouden van maximaal 15-20 Nm3/(m2.uur). Er geldt namelijk ook, hoe hoger de plaatbelasting, hoe slechter de overdracht per Nm3 lucht.
De invloed van de beluchting op de stroomsnelheid is groot (afbeelding 9 en 10). Bij twee beluchtingsvelden in bedrijf en maximale plaatbelasting wordt de snelheid gehalveerd ten opzichte van de situatie waarin niet belucht wordt. Met de oorspronkelijke voorstuwers (3 kW) werd niet aan de bestekseis van 30 cm/s voldaan. De vereiste stroomsnelheid van 30 cm/s werd alleen gehaald indien de beluchting is uitgeschakeld en twee voortstuwers in bedrijf zijn. Indien de beluchting wordt ingeschakeld, leidt dit tot een extra weerstand in het beluchtingscircuit waardoor de stroomsnelheid daalt. Verder neemt de stroomsnelheid af als het ingebrachte vermogen van de beluchting toeneemt. Dit zogenoemde hysterese effect1 is dus in grote mate bepalend voor de omloopsnelheid van het actiefslib in het beluchtings- circuit.
TABEL 2 RESULTATEN VLOEISTOFSNELHEIDSMETINGEN
AFBEELDING 9 RELATIE TUSSEN STROOMSNELHEID EN INGEBRACHT VERMOGEN BLOWERS (GEÏNSTALLEERD VERMOGEN VOORSTUWERS 3 KW)
beluchtingscircuit waardoor de stroomsnelheid daalt. Verder neemt de stroomsnelheid af als het ingebrachte vermogen van de beluchting toeneemt. Dit zogenoemde hysterese effect1 is dus in grote mate bepalend voor de omloopsnelheid van het actiefslib in het beluchtingscircuit.
Tabel 2 Resultaten vloeistofsnelheidsmetingen
Meting Datum Aantal
voortstuwers Vermogen voorstuwers Aantal
blowers Totaal vermogen beluchting
Aantal beluchtings-
velden
Locatie Inhoud
circuit
- kW - kW - - per meting gemiddeld
1 10-dec-04 2 3 2 48 2 brug 3 13,9 16,7 grondwater
24-jan-05 2 3 2 47,4 2 brug 3 19,3 water/slib
24-jan-05 2 3 2 47,8 2 brug 2 17,0 water/slib
2 16-nov-04 2 3 2 35,1 2 brug 3 16,3 16,3 grondwater
3 17-nov-04 2 3 1 23,8 2 brug 3 20,3 18,3 grondwater
17-nov-04 2 3 1 23,8 2 brug 2 16,4 grondwater
4 18-nov-04 2 3 1 20,8 1 brug 3 21,9 20,8 grondwater
18-nov-04 2 3 1 20,8 1 brug 2 19,6 grondwater
5 19-nov-04 2 3 0 0 0 brug 3 32,3 31,3 grondwater
19-nov-04 2 3 0 0 0 brug 2 30,2 grondwater
6 mrt-05 2 4 2 0 brug 3 40 water/slib
mrt-05 2 4 2 1 brug 3 31,3 water/slib
mrt-05 2 4 2 2 brug 3 22,7 water/slib
7 dec-05 2 6,5 1 2 brug 3 43 water/slib
dec-05 2 6,5 2 2 brug 3 29 water/slib
Snelheid (cm/s)
Afbeelding 9 Relatie tussen stroomsnelheid en ingebracht vermogen blowers (geïnstalleerd vermogen voorstuwers 3 kW)
1 Hysterese is het verschijnsel dat een (meet)waarde niet alleen afhangt van de grootte van het ingangssignaal (vermogen voortstuwer) maar ook van de richting waarin deze verandert (vermogen blower).
0 5 10 15 20 25 30 35
0 10 20 30 40 50 60
Ingebracht vermogen beluchting (kW)
Stroomsnelheid circuit (cm/s)
- -
18
beluchtingscircuit waardoor de stroomsnelheid daalt. Verder neemt de stroomsnelheid af als het ingebrachte vermogen van de beluchting toeneemt. Dit zogenoemde hysterese effect1 is dus in grote mate bepalend voor de omloopsnelheid van het actiefslib in het beluchtingscircuit.
Tabel 2 Resultaten vloeistofsnelheidsmetingen
Meting Datum Aantal
voortstuwers Vermogen voorstuwers Aantal
blowers Totaal vermogen beluchting
Aantal beluchtings-
velden
Locatie Inhoud
circuit
- kW - kW - - per meting gemiddeld
1 10-dec-04 2 3 2 48 2 brug 3 13,9 16,7 grondwater
24-jan-05 2 3 2 47,4 2 brug 3 19,3 water/slib
24-jan-05 2 3 2 47,8 2 brug 2 17,0 water/slib
2 16-nov-04 2 3 2 35,1 2 brug 3 16,3 16,3 grondwater
3 17-nov-04 2 3 1 23,8 2 brug 3 20,3 18,3 grondwater
17-nov-04 2 3 1 23,8 2 brug 2 16,4 grondwater
4 18-nov-04 2 3 1 20,8 1 brug 3 21,9 20,8 grondwater
18-nov-04 2 3 1 20,8 1 brug 2 19,6 grondwater
5 19-nov-04 2 3 0 0 0 brug 3 32,3 31,3 grondwater
19-nov-04 2 3 0 0 0 brug 2 30,2 grondwater
6 mrt-05 2 4 2 0 brug 3 40 water/slib
mrt-05 2 4 2 1 brug 3 31,3 water/slib
mrt-05 2 4 2 2 brug 3 22,7 water/slib
7 dec-05 2 6,5 1 2 brug 3 43 water/slib
dec-05 2 6,5 2 2 brug 3 29 water/slib
Snelheid (cm/s)
Afbeelding 9 Relatie tussen stroomsnelheid en ingebracht vermogen blowers (geïnstalleerd vermogen voorstuwers 3 kW)
1 Hysterese is het verschijnsel dat een (meet)waarde niet alleen afhangt van de grootte van het ingangssignaal (vermogen voortstuwer) maar ook van de richting waarin deze verandert (vermogen blower).
0 5 10 15 20 25 30 35
0 10 20 30 40 50 60
Ingebracht vermogen beluchting (kW)
Stroomsnelheid circuit (cm/s)
1 Hysterese is het verschijnsel dat een (meet)waarde niet alleen afhangt van de grootte van het ingangssignaal (vermogen voortstuwer) maar ook van de richting waarin deze verandert (vermogen blower).
137
4
OC EN HYDRAULICA
Een te lage stroomsnelheid is reden geweest om het motorvermogen van de voortstuwers te verhogen van 3 naar 4 kW geïnstalleerd vermogen. Opnieuw zijn stroomsnelheden gemeten in vergelijkbare opzet. Het resultaat hiervan is eveneens weergegeven in tabel 2 en in afbeel- ding 10. Hierbij dient opgemerkt te worden dat het werkelijke ingebrachte vermogen van de voorstuwers niet is gemeten. Tijdens de schoonwatermetingen was de registratie van het amperage van de voortstuwers nog niet goed ingesteld.
Hoewel met de 4 kW voortstuwers hogere vloeistofsnelheden werden gemeten, werd nog niet voldaan aan de gestelde eis van 30 cm/s bij twee beluchtingsvelden op ontwerpcapaciteit.
In verband met de uitkomsten van de OC metingen werd besloten de voortstuwers (nogmaals) te vervangen door zwaardere voorstuwers met een geïnstalleerd vermogen van 6,5 kW.
Ook met deze voorstuwers, welke tijdelijk dienden als testopstelling, zijn snelheidsmetingen verricht. Bij maximale beluchting is een stroomsnelheid gemeten van 29 cm/s, een waarde die gezien de nauwkeurigheid van de meting voldoet aan de gestelde bestekseis.
AFBEELDING 10 RELATIE TUSSEN STROOMSNELHEID EN GEÏNSTALLEERD VERMOGEN BLOWERS
- -
19
Een te lage stroomsnelheid is reden geweest om het motorvermogen van de voortstuwers te verhogen van 3 naar 4 kW geïnstalleerd vermogen. Opnieuw zijn stroomsnelheden gemeten in vergelijkbare opzet. Het resultaat hiervan is eveneens weergegeven in tabel 2 en in afbeelding 10. Hierbij dient opgemerkt te worden dat het werkelijke ingebrachte vermogen van de voorstuwers niet is gemeten. Tijdens de schoonwatermetingen was de registratie van het amperage van de voortstuwers nog niet goed ingesteld.
Hoewel met de 4 kW voortstuwers hogere vloeistofsnelheden werden gemeten, werd nog niet voldaan aan de gestelde eis van 30 cm/s bij twee beluchtingsvelden op ontwerpcapaciteit. In verband met de uitkomsten van de OC metingen werd besloten de voortstuwers (nogmaals) te vervangen door zwaardere voorstuwers met een geïnstalleerd vermogen van 6,5 kW. Ook met deze voorstuwers, welke tijdelijk dienden als testopstelling, zijn snelheidsmetingen verricht. Bij maximale beluchting is een stroomsnelheid gemeten van 29 cm/s, een waarde die gezien de nauwkeurigheid van de meting voldoet aan de gestelde bestekseis.
Afbeelding 10 Relatie tussen stroomsnelheid en geïnstalleerd vermogen blowers
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0 500 1000 1500 2000 2500
capaciteit beluchting [Nm3/uur]
vloeistofstroomsnelheid [cm/s]
3 kW 4 kW 6,5 kW toetsing
138
4
α -FACTORMETINGEN BELUCHTINGSTANK
4.1 INLEIDING
De α-factor is een belangrijke parameter welke de verhouding aangeeft tussen de zuurstof- overdracht in slib en schoon water. Bij MBR systemen ligt de α-factor lager dan voor klassieke systemen. In het Beverwijk MBR onderzoek [ref. 9] is een uitgebreide studie verricht naar deze factor. Gekeken is welke factoren de α-factor beïnvloeden.
In deze studie is de α-factor vijfmaal bepaald met name ter ondersteuning van de OC-metin- gen in het actiefslib. In de evaluatie zijn de gemeten waarden vergeleken met de resultaten van het Beverwijkonderzoek.
Naast α-factor metingen in slib zijn tevens metingen uitgevoerd in het grondwater waarmee de OC garantietesten zijn uitgevoerd. Regelmatige meting van de α-factor is hier van belang omdat door dosering van sulfiet of mogelijke andere al aanwezige verontreinigingen in het grondwater, de α-factor bij aanvang van de testen, maar ook gedurende de meetperiode, kan afwijken van 1,0. Om rekening te houden met een dergelijk effect is driemaal de α-factor gemeten.
4.2 RESULTATEN α-FACTOR METINGEN
4.2.1 α-FACTOR IN SCHOON WATER
Alvorens de OC-metingen zijn uitgevoerd is de α-factor van het grondwater in het beluch- tingscircuit gemeten. De α-factor metingen zijn op laboratoriumschaal uitgevoerd.
De resultaten van de α-factor metingen in schoon water zijn samengevat in tabel 3 en afbeel- ding 11. Er zijn in schoonwater drie α-factor metingen uitgevoerd. De α-factor voor de overige OC-metingen is bepaald door interpolatie.
De α-factor aan het begin van de OC-metingen was 0,94. Door het doseren van het natrium- sulfiet is de α-factor in de loop van de week gestegen tot 1,04.
TABEL 3 α-FACTOR BEPALING SCHOONWATER
Meting Waarde
α-factor grondwater in circuit voorafgaand aan OC-metingen (zonder sulfietdosering) 0,94
α-factor grondwater in circuit na 5 OC-metingen 1,02
α-factor grondwater in circuit na 7 OC-metingen 1,04
139
4
OC EN HYDRAULICA
AFBEELDING 11 α-FACTOR SCHOONWATER ALS FUNCTIE VAN HET AANTAL BEPALINGEN
4.2.2 α-FACTOR IN SLIB
In het kader van de OC-meting in slib is gedurende het jaar vijfmaal de α-factor van een monster actiefslib uit het beluchtingscircuit bepaald. De bepalingen zijn uitgevoerd met een testopstelling van 60 liter met keramische bellenbeluchting. Hoe representatief een α-factor meting verkregen in een laboratoriumopstelling is voor een praktijkschaalsitu- atie, is een belangrijke vraag. De test-opstelling is niet gelijk aan de condities van de MBR in Varsseveld. Het slib wordt gedurende het transport naar de testlocatie gedurende enkele uren niet belucht en ook niet belast met afvalwater. Bovendien is er een tijdsverschil tussen het moment waarop monsters zijn genomen en de metingen zijn gedaan. Van de vijf uitgevoerde metingen werden drie metingen uitgevoerd daags na monstername. Het is niet bekend of en in welke mate deze factoren de meetuitkomst hebben beïnvloed.
Er is één goede vergelijking mogelijk tussen de testopstelling en de MBR Varsseveld, namelijk de OC-meting in slib van januari 2005 (tabel 7). De OC is in november 2004 in schoon water gemeten en in januari 2005 in slib. Er van uit gaande dat in de tussentijd de effectiviteit van de plaatbeluchting niet is gewijzigd, is het verschil tussen deze beide metingen uit te druk- ken als de α-factor. De op deze wijze berekende α-factor is 0,76 en is daarmee exact gelijk aan de in de testopstelling gemeten α-factor.
De meetuitkomsten tonen aanzienlijke variatie (afbeelding 12) maar liggen binnen de spreiding van de meetresultaten die destijds verkregen zijn in het Beverwijkonderzoek.
Hier werden bij vergelijkbare concentraties slib, α-factor waarden waargenomen tussen 0,5 – 0,8 (ref. 9).
Bij de uitvoering van de α-factor metingen in slib op 14-6-05, 13-10-05 en 15-12-05 zijn ten opzichte van de twee eerdere metingen van dat jaar een aantal zaken opgevallen, te weten:
- de hogere α-factor bij een relatief hoog slibgehalte;
- zeer hoge mate van schuimvorming tijdens de analyse (veel sterker dan 27-1-05 en 23-2-05);
- lage endogene ademhaling (veel lager dan in voorgaande analyses).
- -
21
Afbeelding 11 α-factor schoonwater als functie van het aantal bepalingen
4.2.2 α-factor in slib
In het kader van de OC-meting in slib is gedurende het jaar vijfmaal de α-factor van een monster actiefslib uit het beluchtingscircuit bepaald. De bepalingen zijn uitgevoerd met een testopstelling van 60 liter met keramische bellenbeluchting. Hoe representatief een α-factor meting verkregen in een laboratoriumopstelling is voor een praktijkschaalsituatie, is een belangrijke vraag. De test-opstelling is niet gelijk aan de condities van de MBR in Varsseveld. Het slib wordt gedurende het transport naar de testlocatie gedurende enkele uren niet belucht en ook niet belast met afvalwater. Bovendien is er een tijdsverschil tussen het moment waarop monsters zijn genomen en de metingen zijn gedaan. Van de vijf uitgevoerde metingen werden drie metingen uitgevoerd daags na monstername. Het is niet bekend of en in welke mate deze factoren de meetuitkomst hebben beïnvloed.
Er is één goede vergelijking mogelijk tussen de testopstelling en de MBR Varsseveld, namelijk de OC-meting in slib van januari 2005 (tabel 7). De OC is in november 2004 in schoon water gemeten en in januari 2005 in slib. Er van uit gaande dat in de tussentijd de effectiviteit van de plaatbeluchting niet is gewijzigd, is het verschil tussen deze beide metingen uit te drukken als de α-factor. De op deze wijze berekende α-factor is 0,76 en is daarmee exact gelijk aan de in de testopstelling gemeten α-factor.
De meetuitkomsten tonen aanzienlijke variatie (afbeelding 12) maar liggen binnen de spreiding van de meetresultaten die destijds verkregen zijn in het Beverwijkonderzoek. Hier werden bij vergelijkbare concentraties slib, α-factor waarden waargenomen tussen 0,5 – 0,8 (ref. 9).
Bij de uitvoering van de α-factor metingen in slib op 14-6-05, 13-10-05 en 15-12-05 zijn ten opzichte van de twee eerdere metingen van dat jaar een aantal zaken opgevallen, te weten:
- de hogere α-factor bij een relatief hoog slibgehalte;
- zeer hoge mate van schuimvorming tijdens de analyse (veel sterker dan 27-1-05 en 23-2-05);
- lage endogene ademhaling (veel lager dan in voorgaande analyses).
y = 0.0138x + 0.9413 R2 = 0.9936
0.92 0.94 0.96 0.98 1 1.02 1.04 1.06
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Aantal OC-metingen
α-factor
